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近年来,随着反恐战争全球化和人们防护意识的提高,特别是“9.11”事件以来,人员防护已成为了一个世界性的重要问题,因此个体防护装甲材料得到了快速的发展。在很多国家,枪械的使用在某种程度上受到严格的限制,而来自匕首、刺刀等锐器的威胁却无处不在,这使得作为个体防护装甲中的一部分--防刺材料的开发和研究在国际上越来越受到研究者的重视。
目前传统的硬质防刺服大多为单一金属材料,比较厚重,极大地限制了穿着者的活动自由度,而本课题所提出的“甲片增强复合防刺材料”的设计思路是一种全新的设计理念,它结合了软质和硬质防刺材料的优点,更具有实用性。
本文基于仿生学原理,设计了一种新型防刺甲片,通过对甲片形状、搭接方式的设计,使这种防刺甲片在满足防刺标准的条件下,更加灵活、轻便、舒适;结果表明,搭接的防刺甲片在弯曲性能方面比传统防刺服更加优异,综合各种因素考虑,尺寸43mm*40mm,近似鱼鳞形状的甲片为最优选择。
本课题以芳纶、UHMWPE、碳纤维、锦纶等不同类别的纤维材料作为增强材料,环氧树脂为基体制作复合材料,讨论纤维种类、组织形式、刀尖硬度及锋利程度的不同对防刺性能的影响,对其防刺机理进行了较为细致的科学研究,提出了“压强分散”的防刺机理:刀尖原本作用于织物某一微小面积的冲击力现作用于较大面积的复合材料板上,冲击力不变,受力面积增大,则压强减小,防刺层不易被刺穿。因此复合材料甲片作为主要防刺层,防刺性能得到了很大提高。